110kV智能變電站的設(shè)計(jì)與可靠性探討

胡燕+周陽(yáng)

摘 要：智能變電站是一種高功能變電站，不僅對(duì)信息能自動(dòng)采集、檢測(cè)、計(jì)量，還具有低碳環(huán)保、交互性好、高度集成、高度可靠等許多優(yōu)點(diǎn)。建設(shè)越來(lái)越多的智能變電站，可以更好更節(jié)約能源的供電，操作也比傳統(tǒng)的變電站簡(jiǎn)單智能的多，輸送電時(shí)也更加可靠安全。文章主要講述了110kV智能變電站的概念、結(jié)構(gòu)、優(yōu)點(diǎn)以及它的設(shè)計(jì)與可靠性。

關(guān)鍵詞：智能變電站；設(shè)計(jì)；可靠性分析

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）02-0098-02

Abstract： Intelligent substation is a kind of high function substation. It can not only collect， detect and measure information automatically， but also has many advantages， such as low carbon environmental protection， good interaction， high integration， high reliability， and so on. The construction of more and more intelligent substations can better save energy saving power supply， so that operation is more simple and intelligent than the traditional substation， and the transmission of electricity is more reliable and safe. This paper mainly describes the concept， structure， advantages， design and reliability of 110kV intelligent substation.

Keywords： intelligent substation； design； reliability analysis

引言

現(xiàn)在我國(guó)的變電站主要有兩種，一種是傳統(tǒng)變電站，一種是正在興起智能變電站。現(xiàn)在傳統(tǒng)常規(guī)的變電站還占據(jù)著主體地位，但是和興起的智能變電站相比缺點(diǎn)就尤為明顯了。隨著現(xiàn)在信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展而出現(xiàn)的智能變電站，加快了我國(guó)變電站建設(shè)技術(shù)的發(fā)展腳步，只是當(dāng)前智能變電站建設(shè)技術(shù)沒(méi)有完全成熟，變電站的電網(wǎng)運(yùn)行還需要優(yōu)化，本文將對(duì)110kV智能變電站的設(shè)計(jì)與可靠性進(jìn)行探討分析研究。

1 有關(guān)110kV智能變電站的基本概念

1.1 定義

智能變電站是運(yùn)用先進(jìn)數(shù)字化信息技術(shù)既可以完成自動(dòng)采集信息、計(jì)量信息、檢測(cè)信息等基礎(chǔ)功能，又具有自動(dòng)控制、在線分析決策、智能調(diào)節(jié)、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能，同時(shí)具有低碳環(huán)保、交互性好、高度集成、高度可靠等許多優(yōu)點(diǎn)的變電站。

1.2 前景

智能電網(wǎng)建設(shè)是符合我們國(guó)家發(fā)展的電網(wǎng)建設(shè)方式，也適合我們國(guó)家能源的分布情況。它對(duì)于現(xiàn)在無(wú)污染高效的太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行的適應(yīng)性很強(qiáng)；它也能高效大范圍地利用能源，目前運(yùn)行中的智能變電站雖然還不夠成熟，但依然是智能電網(wǎng)建設(shè)的核心，有著廣闊的前景，能高效地實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換。中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)等世界強(qiáng)國(guó)都很重視智能電網(wǎng)的研究，因?yàn)槟壳暗男履茉慈缣?yáng)能、地?zé)崮馨l(fā)電和智能電網(wǎng)、智能變電站密不可分，并且互相促進(jìn)發(fā)展。

1.3 體系結(jié)構(gòu)

智能變電站的體系結(jié)構(gòu)由三個(gè)層次組成，其一過(guò)程層，其二間隔層，其三站控層。過(guò)程層的設(shè)備組成主要是由一次設(shè)備及其所屬的智能組件組成。間隔層的設(shè)備組成主要是由二次設(shè)備組成。站控層主要是由監(jiān)控通信等系統(tǒng)組成。

（1）過(guò)程層。過(guò)程層的設(shè)備一般都是一對(duì)一連接，設(shè)備組成主要包括一次設(shè)備和智能組件。而智能組件一般由狀態(tài)單元、控制單元、保護(hù)單元、測(cè)量單元、計(jì)量單元、監(jiān)測(cè)單元中的一個(gè)或多個(gè)組成。（2）間隔層。間隔層主要是由保護(hù)系統(tǒng)、故障系統(tǒng)、錄波系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)等組成。它在站控層監(jiān)測(cè)系統(tǒng)遭到損壞失靈的情況下，還可以獨(dú)立自主地控制本層的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，是一種二次保護(hù)措施。它被安裝在每個(gè)間隔層的配置接口處，實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)間隔數(shù)據(jù)后可以再次作用，即在智能傳感器、控制器、遠(yuǎn)方輸入輸出之間通信。（3）站控層：站控層是由諸如控制系統(tǒng)、站域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和對(duì)時(shí)系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。它的功能必須高度集成化，可以全面的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和SCA-DA（監(jiān)視控制）、電能量采集、控制保護(hù)信息等。

2 110kV智能變電站的主要特點(diǎn)

2.1 智能變電站能實(shí)現(xiàn)非常好的低碳環(huán)保效果

傳統(tǒng)變電站的建設(shè)一般對(duì)環(huán)境造成的是電磁輻射污染。而建設(shè)智能變電站時(shí)，新型的光纖電纜取代傳統(tǒng)的通信電纜，提高了信息傳輸能力，減少了通信電纜的數(shù)量，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試；數(shù)字量輸入輸出模塊的應(yīng)用，簡(jiǎn)化了硬件系統(tǒng)；電子式傳感器取代傳統(tǒng)充油式傳感器，增強(qiáng)觀測(cè)的可控制性。無(wú)論哪種改善和取代，均降低了原始能源的損耗，提高了能源之間的轉(zhuǎn)化率，降低了建設(shè)成本，雖然在某種程度上還是會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的影響，但相比于傳統(tǒng)變電站，極大程度上減少了對(duì)環(huán)境的不良影響。

2.2 智能變電站具有良好的交互性

無(wú)論是傳統(tǒng)的還是智能的變電站，都需要有一定的交互性，只不過(guò)智能變電站相比于傳統(tǒng)變電站得到了極大的提高。它能對(duì)信息進(jìn)行采集和分析，進(jìn)而精準(zhǔn)可靠的回饋給電網(wǎng)，并且與電網(wǎng)的上級(jí)控制系統(tǒng)互動(dòng)，確保電網(wǎng)能安全、有效、穩(wěn)定的運(yùn)行。

2.3 智能變電站具有高度可靠性

在滿足電能質(zhì)量的基礎(chǔ)上，客戶使用電能的最基本的就是安全、可靠、穩(wěn)定。智能變電站相比于傳統(tǒng)變電站不僅具有極高的可靠性，而且還具有自我診斷、自我恢復(fù)的功能。這樣的功能在很大程度上能減少變電站故障的發(fā)生，并且在故障發(fā)生時(shí)進(jìn)行自我快速診斷、處理，極大地減少了故障所造成的影響，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的高質(zhì)量運(yùn)行。endprint

2.4 智能變電站具有高度集成性

高度集成也就是說(shuō)智能變電站能有效地把最近發(fā)展迅速的通信技術(shù)、虛擬電廠技術(shù)、信息傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和微網(wǎng)技術(shù)等高度融合，使其數(shù)據(jù)的采集和處理更加簡(jiǎn)單精確。

3 關(guān)于110kV智能變電站的設(shè)計(jì)與可靠性分析探討

3.1 智能化一次設(shè)備的使用

智能化一次設(shè)備是110kV智能變電站中最基礎(chǔ)的元器件，根據(jù)短板效應(yīng)，整個(gè)變電站系統(tǒng)的智能化程度取決于一次設(shè)備的智能化水平，由此可見(jiàn)，關(guān)于智能化一次設(shè)備如何選擇就極為重要了。在這里介紹兩種智能化一次設(shè)備，智能斷路器和電子式互感器。什么是智能斷路器？就是從字面意思上說(shuō)智能的斷路器，把現(xiàn)代的電子技術(shù)和智能控制結(jié)合起來(lái)組成執(zhí)行單元，從而取代傳統(tǒng)的機(jī)械手動(dòng)開(kāi)關(guān)和繼電器。什么是電子式互感器？就是采用光纖進(jìn)行通信傳輸?shù)幕ジ衅?。由于傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，相比于傳統(tǒng)的互感器它更不容易受到外界的干擾更加的可靠有效。它分為兩種，一種有源，另一種無(wú)源。無(wú)源電子式互感器無(wú)源電子式電壓互感器利用Pockels電光效應(yīng)或基于逆壓電效應(yīng)或電致伸縮效應(yīng)被測(cè)信號(hào)，頻率帶范圍廣體積小安裝更為簡(jiǎn)單，有源互感器是把傳統(tǒng)互感器輸出的電流電壓信息數(shù)字化處理后利用光纖與測(cè)控保護(hù)裝置通信聯(lián)絡(luò)。因此無(wú)源比有源更為可靠。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備的使用

二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化即主要利用IEC61850標(biāo)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化，保證智能變電站的全景監(jiān)控。

（1）網(wǎng)絡(luò)化站控層設(shè)備的使用。站控層是由控制系統(tǒng)、站域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)組成的。其設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化是結(jié)合已經(jīng)智能化的設(shè)備元器件，制造出一個(gè)無(wú)人值班的監(jiān)控室，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制及智能管理的目的。因此它可以對(duì)間隔層和過(guò)程層智能控制管理，甚至對(duì)整個(gè)智能變電站設(shè)備全景監(jiān)控與網(wǎng)絡(luò)管理。（2）網(wǎng)絡(luò)化間隔層設(shè)備的使用。間隔層主要是由保護(hù)系統(tǒng)、故障錄波系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)等組成。它在站控層監(jiān)測(cè)系統(tǒng)損壞失靈的時(shí)候，還可以獨(dú)立自主地控制本層的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，是一個(gè)二次系統(tǒng)的保護(hù)措施。它被安裝在每個(gè)間隔層的配置接口處，實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)間隔數(shù)據(jù)后可以再次作用，即在智能傳感器、控制器、遠(yuǎn)方輸出輸入之間通信。而且在間隔層的各個(gè)設(shè)備之間也安裝了智能變電站通用協(xié)議，可以完成自我監(jiān)測(cè)的工作，也可以自我解析數(shù)據(jù)及傳輸數(shù)據(jù)至站控層。（3）網(wǎng)絡(luò)化過(guò)程層設(shè)備的使用。設(shè)備組成主要包括一次設(shè)備和智能組件。而智能組件一般由狀態(tài)單元、控制單元、保護(hù)單元、測(cè)量單元、計(jì)量單元、監(jiān)測(cè)單位中的一個(gè)或多個(gè)組成。其設(shè)備一般都是一一對(duì)應(yīng)搭配連接的，過(guò)程層就如同智能變電站的過(guò)渡層，只不過(guò)其設(shè)備之間同樣安裝了變電站通用協(xié)議，不僅可以完成自我檢測(cè)發(fā)現(xiàn)故障，而且可以將一次設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)共享給二次設(shè)備，真正實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)與二次技術(shù)的融合，實(shí)現(xiàn)信息共享暢通。經(jīng)過(guò)總接線端口的一一對(duì)接后，智能變電站的繼電保護(hù)裝置可以與站控層終端通信。

3.3 可靠性分析探討

110kV智能變電站的可靠性主要取決于電氣一次和二次系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。從系統(tǒng)工作的可靠性來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)是如何工作的，很明顯智能變電站系統(tǒng)依靠智能化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工作。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采取一種既獨(dú)立又互補(bǔ)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別應(yīng)用于站控層和過(guò)程層。采用這種結(jié)構(gòu)對(duì)于通信非常有利，天然的分割了變電站和監(jiān)控中心的通信路線。從設(shè)備工作的可靠性來(lái)說(shuō)，智能化一次設(shè)備是110kV智能變電站中最基礎(chǔ)的元器件，整個(gè)變電站系統(tǒng)的智能化程度取決于一次設(shè)備的智能化水平，智能斷路器和電子式互感器又是智能化一次設(shè)備的重要組成部分，換言之，設(shè)備的可靠性取決于智能斷路器的可靠性和電子式互感器的可靠性。智能斷路器把現(xiàn)代的電子技術(shù)和智能控制結(jié)合起來(lái)組成執(zhí)行單元，從而取代傳統(tǒng)的機(jī)械手動(dòng)開(kāi)關(guān)和繼電器。其智能診斷為系統(tǒng)故障的預(yù)防提供了保障，比傳統(tǒng)機(jī)械操作機(jī)構(gòu)的斷路器更為可靠。電子式互感器采用光纖通信，比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸抗干擾能力強(qiáng)，其壽命更長(zhǎng)更穩(wěn)定，這兩者確保了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。因此，110kV智能變電站相比于傳統(tǒng)變電站更加可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)上述分析探討，雖然當(dāng)今智能變電站的建設(shè)還不夠成熟，技術(shù)不夠完善，但是其發(fā)展前景廣闊，未來(lái)必將成為變電站的主流。給廣大人民帶來(lái)更好、更穩(wěn)定、更有效的電能供給，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高人民的生活質(zhì)量。

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